张 宇,李瑞花

(华北水利水电大学，河南郑州 450001)



黄河流域水量调度相关问题探讨

张 宇,李瑞花

(华北水利水电大学，河南郑州 450001)

黄河梯级水库群的相互补偿增加了区域经济效益，针对不同的问题，各水库承担不同的任务。对黄河流域防洪(防凌)、减淤、发电、供水等不同情况进行分析后提出一些建议，希望对今后黄河水资源优化配置相关工作起到一定作用。

黄河；水资源；优化配置

黄河由西向东呈“几”字形贯穿我国9省，是我国第二大河。20世纪以来，随着我国经济的迅猛发展，沿河各省区耗水量剧增，同时流域内几大灌区对黄河水的依靠使黄河水资源短缺问题日益显著。近期旱涝极端天气呈现双增长的趋势，加之黄河年际、年内径流分布不均，不同时段对水量的需求的不同，以及水资源利用率低，使得如何协调不同部门在不同时期的用水需求，实现水资源利用效益最大化，成为当下急需解决的问题。截止目前黄河已建多座大型水库，其中包括了龙羊峡、刘家峡、三门峡、小浪底等骨干水库(表1)。笔者在分析黄河流域防洪、防凌、减淤、发电、供水等情况后提出了一些建议，以期为今后黄河水资源优化配置提供参考。

表1 各骨干水库运用情况

注：总库容指正常蓄水位以下库容。

1 流域发电调度

国民经济的发展离不开电力的保证，世界各国都在利用水流动力这一再生性的清洁能源发电。与火电站相比，水电站更加灵活，运行费用低，并且不会对环境造成污染。我国水力资源丰富，应该加大水电站的开发利用。水电站的出力是由落差和流量决定的，为达到发电量最大，通常会要求水库水位保持较高状态。在以发电为主的梯级水库群中，上游水库应先蓄后供。下游水库按要求在汛前适当降低水位，增加调节库容，汛末及时拦蓄尾水，以此增加枯水期的发电量。对梯级水库联合调度时还要避免水库自身水位过高，从而影响上级水库发电量。

黄河流域水力资源丰富，据统计，其可开发装机容量达34 941.3 MW。因此确定流域内水库合理的调度规则很有必要。黄河上游有“龙头”之称的龙羊峡水库是一座多年调节水库，与刘家峡一起缓解西北地区用电高峰期的电力负荷。由于西北电网用电高峰期同时也是上游宁蒙河段的凌汛期，因此在确定龙羊峡下泄流量的同时，要适当考虑防凌要求。范会宁等曾对龙羊峡不同初始水位和出库流量进行对比分析，结果发现龙羊峡水库不同初始水位对刘家峡水库的防凌库容、龙青梯级发电量及青海电网的影响不大[1]。因此，在凌期可以不对龙羊峡初始水位重点考虑。但在对龙羊峡水库出库流量分析时发现，青海省电量与龙羊峡水库出库流量有很大的正相关性，并且其出库流量在很大程度上决定了刘家峡水库的防凌库容。因此，今后对黄河上游以发电为主的水库调度工作中，可把确定龙羊峡水库合理下泄流量作为工作重点。此外，由于水量调度“电调服从水调”的原则，使电站运行过程中常因弃水造成发电损失，如何补偿这部分的损失也成为今后工作的一大难点。

2 流域防凌调度

由于黄河上游段是由低维度流向高纬度，冬季气温低，易形成冰塞，如果此时溃坝，将对下游造成严重危害，宁蒙段和山东段受灾严重。在宁蒙段，11月中旬开始封冻结冰，直到次年3月底才解冻。因此，按照“上控、中分、下排”的思路完善工程体系。在11月上旬要求刘家峡水库出库流量由>850 m3/s开始平稳下降，直至12月，控制出库流量在700 m3/s。1、2月为封河期，此时保持流量平稳控制在450 m3/s。在3月开河期需要控制河道流量<500 m3/s(兰州断面)。整个防凌期避免“武开河”。凌汛期由于刘家峡水库出库流量受到严格的限制，使得冬季晚高峰用电受到影响。为此，刘家峡可通过与龙羊峡水库的联合运用，在汛末、凌前不蓄满，预留防凌库容，同时缓解春旱，增加冬季发电量。对于中下游防凌问题，应与上游联合运用。之前由于上游河段封、开河过程中河道槽蓄量增减变化难以预测，使三门峡水库入库流量的预测变得较为被动，加大了下游防凌难度。现如今，小浪底水库的运用基本上使下游地区不再面临凌汛的威胁。黄河下游共需35亿m3的防凌库容，在11月至次年2月，根据黄河防凌要求，凌期小浪底与三门峡水库联合运用，优先运用小浪底水库，在12月31前，小浪底水库预留20亿m3/s防凌库容，后期根据河道槽蓄量以及花园口流量确定小浪底水库下泄量。

3 流域水资源短缺问题

近年来，全球气温显著升高，水循环速率加快，供水结构也发生显著变化，加之国内各部门对水量的需求的增加，使得水资源短缺问题越发突出。我国作为一个农业大国，大部分的水量都消耗在农业灌溉上，然而我国农田灌溉水有效利用系数只有0.52，远低于0.7～0.8的世界水平，并且有很大一部分灌区都属于中低产田。在黄河流域上游宁、蒙灌区，渠道水利用系数只有0.3～0.4，产粮效益也只有国内灌区的1/3～1/6。可见其在灌溉节水方面尚有巨大潜力。宁、蒙灌区4月下旬开始到6月为春灌，9月下旬到11月中旬为冬灌，灌溉用水量占黄河总耗用水量的1/3，通常需要兰州以上的河段为其提供水量来源，素有无灌溉无农业之称。而下游豫、鲁灌区3～6月为春灌，用水超总耗的1/3，而同期的径流却只占全年1/4，灌溉用水主要依靠上中游来水。据相关资料分析，黄河径流呈现减少趋势，特别是兰州以上，甚至达总量的一半以上。除此之外，极端天气频发也加剧了黄河水量调度的难度。例如2014年7月，我国10余省面临持续干旱，甘肃东部、山西、河南等地达到中、重度干旱，河南中东部地区甚至达到特旱。面对这种情况，河南虽启动了抗旱应急响应制度，使小浪底下泄流量由300 m3/s加大到600 m3/s，但局部地区仍出现用水困难。该次大旱也给我们敲了一个警钟，在今后要加强应急水源的储备，增强小型水库的利用率；提高预报精度，建立波动气候下干旱年份水资源预警机制，选择水库放水时机；并且尝试跨流域水源之间的相互连通，实行跨流域调水。

实际生活中，为缓解水资源短缺，水库群通常以总弃水量最小拟定各个水库的蓄放水次序，梯级水库上游水库应先蓄水后供水[2]。库群中如有调节能力高，汛期结束较早的水库应先蓄水。在供水期按总供水要求进行补偿调节，由可供水量确定非汛期干流各省配水指标。近年来社会各界开始对水库旱限水位进行研究，确定干旱缺水预警等级，制定相应措施以减少旱灾损失。还提出洪水资源化，制定汛期动态汛限水位，利用汛后期多蓄尾水，缓解非汛期用水。随着南水北调中线的通水，可进一步调整黄河分水指标，缓解华北水资源危机。政府也开始优化水权分配机制，通过多种途径缓解水资源短缺问题。

4 黄河泥沙问题

黄河向来以多泥沙著称，由于其流经黄土高原，每年都携带大量泥沙流向下游，使下游河段河道淤积，河床普遍高于两岸，形成地上悬河。大量的泥沙不仅造成水库淤积，有效库容减小，防洪效益降低，还会使灌区供水质量得不到保证，影响农业发展。目前，黄河流域还有超半土地面临水土流失的问题，尤其是中游地区，加之该区域生态环境恶劣，使治理难度加大。龙、刘两库在汛期大量蓄水，加剧宁蒙河段淤积，同时给中下游水沙关系也带来负面影响。三门峡水库建成以来，泥沙大量淤积，使其长期低水平运行，水库“蓄清排浑”作用不大。后期小浪底水库为减轻黄河泥沙问题，在汛期进行调水调沙，利用异重流排沙，并采取阶梯状放水方式加大排沙量，虽在一定程度上减轻了淤积问题，但后续动力不足，影响水库寿命。如若小浪底水库淤满，又没有后续控制性的骨干工程，则会使下游河道继续淤积抬高。并且新的水流条件打破了原来的水沙平衡，使下游河南段和山东段也出现不同的问题。河南段的主槽河势变化，使引黄闸水道淤积，口门淤堵，出现饮水困难。山东段河道下切，渠道水面比降降低，容易造成渠道内淤积。小浪底水库与三门峡水库的联合运用增大了洪水的输沙作用，但在对三门峡水库调节库容研究方面有所欠缺。同时，如果加大汛期排沙水量，不但会造成水资源浪费，不利于后期供水，而且排沙效果也并不一定有所增加。但若减小排沙流量，则有可能会增加水库淤积量，使非汛期山东段淤积泥沙不能顺利排入大海。因此，日后要围绕小浪底水库汛期排沙流量展开相关研究，并加强对古贤水库拦沙潜力分析。

5 黄河防洪调度

洪涝灾害一直以来都是备受各界关注的问题。黄河年内径流分布不均，汛期天然来水占全年的80%左右。其洪水可分暴雨型和冰凌型两种，对下游危害最大的为7、8月的“伏汛”洪水。黄河上游地处干旱半干旱地区，区间几乎没有水量流入，沿途灌区耗水量大，河道宽阔，使洪水过程平缓。加上龙、刘两库的运用，对兰州市防洪和宁蒙段防凌都发挥了巨大作用。黄河下游洪水主要来自河口镇至花园口，由于中游降雨强度大、历时短、危害大，故要加强防范。对上游洪水，龙、刘两库按(2.5～4.0)∶1.0的库容比同时蓄洪。刘家峡汛限水位可根据龙羊峡的运行情况进行动态调整。中下游防洪时，运用三门峡60亿m3库容，对洪水进行错峰补偿。小浪底水库出库流量则根据花园口泄量进行调整。由于泥沙的淤积使河道的排洪能力下降，形成小流量、高水位，加重了黄河防洪负担。今后要加强对河道排洪能力的研究，发掘故县水库及平原水库的防洪潜力。对不同天气成因对应的洪水也要加以区分，预测未来径流变化趋势，实行防洪预警，在洪水到来之前较早加大泄量。对水量进行调度时要注意到黄河上、中、下游各测站的丰枯变化基本同步的特征，其决定了黄河上中游径流的调蓄和利用必然会影响下游来水量与河道的冲於。

6 结语

黄河全流域的水量调度是一个复杂的问题，各个环节之间都相互联系，相互制约。发电要求水库有较高水头以及相应的泄量，但防凌要求水库严格控制下泄流量。防洪要求水库水位尽可能低，以保证防洪安全。但为保证黄河不断流及后期供水，又要求汛末及时拦蓄尾水。减淤要求利用汛期大量洪水进行造峰排沙，但增加泄量，排沙效果并无明显增加，反而造成了水资源浪费。加之近几年又提出了生态调度，保障黄河持续健康发展，使水量调度难度逐渐增加。面临各种问题，今后要加强水土保持工作，寻找更多途径处理泥沙问题，以减轻淤积；加强河防工程，提高防洪防凌安全；合理配置水资源，实行跨区域调水，减轻水资源供需矛盾；改善水质，修复水生态环境。对黄河水资源研究时考虑动态水资源调控，考虑经济发展对水资源需求的动态变化以及可供水量随时间的变化规律，针对不同时期的需求制定不同的方案，对黄河水量实行全流域的调度管理。

[1] 范会宁，孙晓，于健，等.龙羊峡水库初始水位和出库流量的相关影响分析[J].河南水利与南水北调,2011(6):61-64.

[2] 郭生练,陈炯宏.水库群联合优化调度研究进展与展望[J].水科学进展,2010 ,21(4):496-503.

Discussion on Related Issues of the Yellow River Water Regulation

ZHANG Yu, LI Rui-hua

(North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, Henan 450001)

The mutual indemnification of the Yellow River cascade reservoirs group increase economic effectiveness in this area. According to different problems, the reservoirs take on different tasks. After analyzing flood control (ice), sedimentation reduction, power generation, water supply and so on, several suggestions were put forward, hope to have a certain effect on water resources optimal allocation of the Yellow River in the future.

The Yellow River; Water resources; Optimal allocation

张宇(1991- )，女，河南周口人，硕士研究生，研究方向：水文水资源。

2014-12-15

S 181.3；TV 213

A

0517-6611(2015)04-245-02